[发明专利]铁电驻极体两层和更多层复合材料及其生产方法

说明书

本发明涉及生产具有规定的空腔的两层和更多层铁电驻极体的方法，和涉及通过这些方法所生产的铁电驻极体多层复合材料。

由于它们的优点和可有针对性调节的性能(例如诸如低重量，导热性，机械变形性，电性能以及阻隔性能)，聚合物和聚合物复合材料被用于广泛的多种商业应用中。例如，它们被用作食品和其他商品的包装材料，用作建筑材料或者绝缘材料，例如在建筑物中或者在汽车制造中。但是功能性聚合物还在传感器应用或者促动器应用中作为有源部件的重要程度日益增加。就此而言，一种重要的应用理念涉及将该聚合物用作机电或者压电转换器。压电材料能够将机械压力线性转化成电压信号。相反，施加到压电材料上的电场能够被转变成转换器几何形状的变化。压电材料已经作为有源部件而整合到许多应用中。这些部件包括例如用于键盘或者触摸板的结构化的压力传感器，加速传感器，麦克风，扩音器，超声转换器(用于医学工艺应用中，用于航海技术中或者用于材料测试中)。在WO2006/053528A1中，例如，描述了一种电声转换器，其基于由聚合物膜组成的压电元件。

在近年中，一种新型压电聚合物，所谓的铁电驻极体(Ferroelektrete)，已经逐渐成为研究的关注点。该铁电驻极体也称作压电驻极体。铁电驻极体由具有空腔结构的聚合物材料组成，该空腔能够长期存储电荷。迄今已知的铁电驻极体表现出胞孔结构，并且是作为发泡聚合物膜或者是作为由聚合物膜或者聚合物织物组成的多层系统而形成的。如果电荷根据它们的极性而分布到该空腔的不同表面上，则每个带电的空腔构成了电偶极。如果该空腔现在变形，则这引起了该偶极大小的变化，并且在外电极之间产生电流流动。该铁电驻极体可以表现出与其他压电体堪相比较的压电活性。

在US4654546中，描述了一种用于生产聚丙烯泡沫膜，作为至铁电驻极体膜的前体的方法。在这种情况中，将该聚合物膜与填料颗粒混合。二氧化钛例如被用作填料。将该聚丙烯膜在挤出后双轴拉伸，以使得在该填料颗粒周围，在膜中形成小空腔。这种方法同时还应用于其他聚合物。例如，在M. Wegener，M. Paajanen，O. Voronina，R. Schulze，W. Wirges和R. Gerhard-Multhaupt “Voided cyclo-olefin polymer films：ferroelectrets with high thermal stability”，Proceedings，12th International Symposium on Electrets (IEEE Service Center，新泽西皮斯卡塔韦，USA 2005)，47-50(2005)和Eetta Saarim?ki，Mika Paajanen，Ann-Mari Savij?rvi和Hannu Minkkinen，Michael Wegener，Olena Voronina，Robert Schulze，Werner Wirges和Reimund Gerhard-Multhaupt“Novel Heat Durable Electromechanical Film：Processing for Electromechanical and Electret Applications”，IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation13，963-972(2006年10月)中，描述了由环烯烃共聚物(COC)和环烯烃聚合物(COP)来生产铁电驻极体膜。该发泡聚合物膜具有这样的缺点，即，会发生气泡尺寸宽的分布。结果，在随后的充电步骤过程中，并非全部的气泡都能够非常均匀的带电。